基于matlab优化工具箱的五自由度汽车悬架系统设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第14卷第6期长春大学学报V01．14No．62OO4年12月JotrrtNALOFCHANGCHUNUNIVEILS1TYDec．2004文章编号：1009—39o7(2oo4)o6—0001—04基于MATLAB优化工具箱的五自由度汽车悬架系统设计孔令波，刘静，李慧，陆爽(1．长春大学教务处，吉林长春130022；2．中国嘉陵工业股份有限公司，重庆400032；3．长春大学机械工程学院，吉林长春130022)摘要：基于车辆系统动力学分析模型和最优化分析技术，提出了应用Matla

2、b优4L：r-具箱中的优化函数进行五自由度车辆悬架系统设计的方法，且能够以给定的系统参数和要求为依据，确定与之相匹配的车辆悬挂特性参数。通过实例确定了所采用方法的有效性。关键词-悬架系统；优化设计；Madab优4~：r-具箱中图分类号：TH122文献标识码：A0引言法。对工程问题进行优化设计，首先需要将工程设计问题转化成数学模型，然后，按照数学模型的特如果把汽车作为一个系统来研究，汽车本身就点选择合适的优化方法和计算程序，运用计算机求是一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统。由于汽解，以获得最优设计方案。车内部各部分的固有频率不同，

3、汽车在行驶中常因MATIAB是美国Mathworks公司推出的一种功路面不平、车速和运动方向变化的外部激励而产生能强大的科学计算软件。用MATLAB优化工具箱2振动。汽车的这种振动使得汽车的动力性得不到充(OptimizationToolbox)中函数编制优化程序来设计分的发挥，经济性变坏。同时，还要影响汽车的通五自由度汽车悬架系统的优化设计软件，具有良好过性、操纵稳定性和平顺性，使乘员产生不舒服和的通用性、有效性、快捷性和简便性。可以快速获疲乏的感觉，甚至损坏汽车的零部件和运载的货得优化过程信息和结果。物，缩短汽车的使用寿命⋯

4、1。优化的配置质量、弹簧和阻尼使得这种振动达到最小，是工程技术人员1五自由度汽车悬架系统的数学模型多年来一直追求的目标。而使用数学规划理论和计图1所示是5个自由度的汽车悬架系统【-引。算机辅助寻优技术来求解是解决该问题的最好方Z‘后轮图1五自由度汽车悬架系统收稿日期：2004-08-22作者简介：孔令波(1976一)，男，吉林省长春市人，长春大学教务处助理实验师，硕士生，主要从事机械优化设计和计算机仿真教学与研究。维普资讯http://www.cqvip.com2长春大学学报第14卷图中的m，是驾驶该车的司机及其座位的质量。它m

5、l00Z1由弹簧k1和阻尼器支持。其它部分如车体、车0m202：2轮、车轴等的质量、弹簧和阻尼分别用m2、m、000Z3+m5和I}2、I}3以及2、3表示。．I}4、．I}5和4、5000g400m5Z5表示轮胎的刚度和阻尼。车体对其质量中心的惯性矩用，表示。2(1)、2(2)、2(3)分别表示座椅中1一t(1)10一1一2心、前轮中心、后轮中心至簧载质量质心的水平距离。fl(t)和．厂2(t)表示由于道路表面起伏不平引起一t(1)1￡一t(z)a2+0一t(Z)a22+以的前、后轮的位移函数。z是坐标。0t(3)a30在汽车

6、结构系统设计中，希望汽车能在不同速后1一l(1)．I}10度和道路条件下，司机座位的最大加速度为最小，一后1雎一2同时还须满足一系列的动态响应和设计变量的约一l(1)．I}1￡2一t(2)．I}2束。设计变量为系统的弹簧常数k和阻尼系数。OOOOOOOOO一f(2)后2．I}2+k当然司机座位的最大加速度d也可以是设计变量。OOOOOOO0OOOt(3)30所以，本优化设计问题的设计变量取为I}1、．I}2、0]．i}3、1、2、3和d，即oOoOo，O。O迅魏啦oOoOoO。寸0O10oOoO。寸=[I}1I}2I}3123d

7、]0汽车的运动方程可以根据拉格朗日运动方程导(t)出。拉格朗日运动方程的一般形式是(t)0()一aT+一=0=·，2'⋯'5)(1)0系统的动能可表示为71=1(m×)，即0(4)，1(t)71：m1×。{+1m2。．2+O．，1)．3．32西“+O1仉4如+。．42+O1．，加Ob+，2(t)，简化为m52；=1m(m3=，)，(2)．．．膨(t)+(t)+(t)=P1F(t)+P2(t)．(5)幻岛句保守力(恢复力)的位置可表示为：对于图示的模型，设1乱=s=omlz=m5=m4卢==-=-×(I}X：)．，={I}1(：2

8、一：1+2(1)：3)+{2(：4一：2一口=，￡=2(2)+l(3)，t(2)：3)+1I}3(：5一：2+2(3)：3)+{I}4(4一n{：n；：，(￡))+{I}5(：5一(￡))．(3)，O．／0，1Z、／1，n1非保守力(阻尼力)Fq可以通过下面方法